一种基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法与流程

1.本发明涉及一种船舶修造干坞工程落墩实施方法，尤其是一种干船坞自主定位落墩方法。


背景技术：

2.专业常识的，船舶建造修理过程中部分船舶需进干船坞进行施工，根据cb/t3673《船舶进出浮船坞坞技术要求》、cb/t 3677《船舶进出干船坞坞技术要求》等标准，船舶进坞后落坐在坞墩的精度有所要求，特别是需要安装高精度设备如雷达天线等。又有船舶横倾、纵倾在一定范围内及认为船舶姿态满足进坞落墩要求，对大尺度船舶，小角度的横倾和纵倾对船体两远端产生的相对高度差较坞墩形线公差值也是很大的，又船舶进坞落墩过程中受风、浪的影响船舶姿势是实时变换的。因此本发明基于有升降坞墩装置的干船坞给出一种船坞内升降装置辅助船舶自主定位落墩的方法，实现船舶高精度的落墩。所述有升降坞墩装置的干船坞在坞室底部矩阵布置有升降坞墩，各升降坞墩受动作控制单元72和计算控制单元71控制可独立为船体提供支撑力和伸出长，且升降坞墩能将采集的实时压力信号和高度控制信号反馈给动作控制单元72和计算控制单元71。
3.公告号“cn101357680 b”给出一种舰船在船坞内起浮和二次落墩定位精度控制方法，根据舰船基本状态计算，通过限位工装、配载物、人工测量控制、缆绳布置与控制、上浮控制、落墩控制等外部人为辅助方法以实现船舶较高精度的落墩。公告号“cn101670882 b”给出一种分段船坞水上漂移落墩定位的方法，通过船体划线、实地测量、标杆制作、吊装、定位、确认位置偏差度调整实现提高船舶落墩定位精度。公告号“cn102381455 b”给出一种船坞内船舶二次落墩单侧定位方法，通过使用侧向限位装置、收拢装置等部件，实现提高船舶横向一个自由度的落墩定位精度。公告号“cn101665146 b”给出一种半船漂浮落墩定位工装限位装置，通过托架等减小半船漂浮时受到风力和自身惯力的影响所造成的位置变化。公开号“cn115367076a”给出一种用于船舶进坞落墩的定位设备，通过控制浮球、伺服电机控制两个定位夹板随着船舶一起向下移动，从而实现了可对船舶进行实时定位的目的。公开号“cn203544344 u”给出一种船舶移位侧向定位装置，通过定位装置顶板抵住船舶右舷舷侧板给予顶撑，实现限制船舶在船宽方向移动。公布号“cn 109579803 a”给出一种船舶坐墩定位监测方法，通过在船舶设置上光靶，在坞墙上设置样点；通过人工测量相应光靶的实际坐标值，与相应理论光靶之间的偏差值对船舶进行调整，实现提高船舶落墩精度的目的。公告号“cn 106405562 b”给出一种用于船舶定位的监控系统，当船舶进入浮船坞时，编码器定位监测装置测量船舶和浮船坞的相对位置，进而控制控制液压绞车拖动船舶进入浮船坞；当船舶进行落墩定位时，通过激光监测定位装置测量船舶和浮船坞的相对位置进而控制液压绞车拖动船舶实现落墩定位，可实现船舶纵向、横向两自由度的主动定位。公告号“cn 211107923u”给出一种船舶进坞落墩定位装置，通过在船坞上设置横向、纵向定位装置和定位杆，实现提高船舶落墩横向位置精度。公告号“cn 214451740 u”给出一种船舶进坞落墩定位装置，通过定位架、限位组件和驱动装置，实现船舶两自由度的定位，从而提高船
舶落墩精度。公告号“cn 215098166 u”给出一种船舶进坞落墩固定装置，通过安装在坞室侧壁两端的固定板、连接杆、限位块和限位槽等结构的配合，可在船舶与旋转轮接触时减小旋转轮与船舶之间的硬性接触。公告号“cn 215436858u”给出一种船舶进坞落墩定位装置，通过在船舶前端两侧和后端两侧设置活接缆绳牵拉实现船舶位置的调整。公告号“cn 215554021 u”给出一种船舶进坞落墩定位装置，通过在坞面上设置定位工装和卷收工装，实现船舶横向一个自由度位置的控制。公布号“cn 114313150 a”给出一种船用配套设备维修用落墩定位装置，通过使第一强力磁铁跟随船身进行的角度偏移，带动支撑型脚轮发生偏移，定位装置跟随船体的移动为移动，对船舶不提供定位作用。公布号“cn 115158603 a”给出一种可折叠回收的船舶落墩限位工装，通过连接件固定在坞壁上的连接件、支撑件、抵靠件为船舶落墩提供横向一个自由度的限制。公布号“cn 113022814 a”给出一种船舶进坞落墩定位装置，通过设置的船坞底部、纵向墙、侧墙、液压缸、移动板、第一保护垫，在侧墙安装多组液压缸，多组液压缸启动时，就可以从两侧将船舶向内侧推动，使其保持在船坞底部顶端的中间位置处。上述专利改变传统干船坞内外形结构，且受油缸行程限制较大的船坞无法落地较小体积的船舶，又多组顶在船侧的液压油缸影响船坞岸上向坞室内吊运物资等工作。公布号“cn 115218787a”给出一种船舶落墩实时测量系统、方法及船坞，通过测量头升降机构、船舶落墩实时测量系统在船坞内设置多个方向的测量头，实时测量船舶的位置，根据主动测量结果能够及时人工校准船舶的位置。
4.综上，现有提高船舶落墩精度的装置或落墩方法均需外部设备辅助，实现船体姿态的调整，或通过测量装置测量船舶落墩实施状态，人为干预船舶姿态实现提高船舶落墩姿态。需要大量时间、人力和物量，且仅可调整船体一个子自由度或两个自由度位置，辅助船体落墩精度有限，又部分装置或方法在原有船坞基础上增加装置，限制或改变了干船坞原有功能。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提出一种基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，无需外部设备辅助，利用支撑船体的升降坞墩实现船体姿态的调整，实现船舶无人为干预船舶自主高精度落墩，节约时间、人力和物量。本发明通过升降坞墩调节可调整船体六个自由度方向，辅助船体落墩精度高。适用船舶类型多，在原有船坞基础上增加功能。
6.为了解决以上问题，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，船坞底部安装有矩阵排列的升降坞墩，升降坞受岸上单元控制，岸上单元由岸上计算控制单元和岸上动力控制单元组成，每个升降坞墩由动力源驱动升降，每个升降坞墩的高度和支撑压力可调，岸上计算控制单元根据船舶线形等定常量解析给出的优选结果的预定进船坞的排墩方案，控制各升降坞墩实现船舶的横向、纵向、垂向、横倾、纵倾、水平旋转的六自由度运动，其步骤为：
8.步骤一:采用岸上计算控制单元已生成的排墩方案，船舶曳引进坞且粗略定位于待落墩位置；
9.步骤二：根据排墩方案，选择矩阵排列的升降坞墩中的六组定位墩，包括艏部中定位墩，艉部中定位墩，艏部左定位墩，艏部右定位，艉部左定位墩，艉部右定位墩，用于控制船舶横向、纵向、垂向、水平旋转四个自由度运动；
10.步骤三:按船舶进坞时船态和船舶尺寸确定补偿高度t,升起六组定位墩高度至设定高度h1+补偿高度t；
11.步骤四:升起平船底区的升降坞墩，即中纵桁墩,坞室开始持续排水；
12.步骤五：排水过程中实时采集监测各定位墩油压信号、中纵桁墩油压信号，并反馈至岸上计算控制单元；
13.步骤六：平船底区的升降坞墩全部升起至设定高度h，使船舶处于半坐墩状态；
14.步骤七：读取船舶横倾、纵倾船态，判断是否满足施工要求；
15.步骤八：待排水至船舶完全落墩时，读取船舶横倾、纵倾船态；
16.步骤九：排干坞室积水,抄紧额外的固定支撑升降坞墩；
17.步骤十：至此，基于有升降装置的干船坞，船舶在船坞内完成自主定位落墩。
18.进一步，步骤五中：排水过程中，监测到某一升降坞墩油压明显增加时，判断油压增加的该升降坞墩是否为中纵桁墩；
19.a.若不是中纵桁则为定位墩，该定位墩高度降低
△
使油压降低；
20.b.若是中纵桁墩则判断中纵桁墩是否位于艉部；
21.c.若位于艉部则将艉部中定位墩、艉部左定位墩、艉部右定位墩高度调整至设定高度h1；并持续排水，排水过程中当艏部定位墩油压明显增加时墩高度降低
△
，使艏部定位墩油降低，持续排水，直至监测到艏部中纵墩油压明显增加；
22.d.若不位于艉部则位于艏部，将艏部中定位墩、艏部左定位墩、艏部右定位墩高度调整至设定高度h1；并持续排水，排水过程中当艉部定位墩油压明显增加时墩高度降低
△
，使艉部定位墩油压降低，持续排水，直至监测到艉部中纵墩油压明显增加。
23.进一步，步骤七中：若满足施工要求则坞室排水至船舶完全落墩，若不满足施工要求则微调平船底部分升降坞墩高度使船态满足要求。
24.进一步，步骤八中：若满足施工要求则升起所有曲船底坞墩对外板施加预支撑力p1，若不满足施工要求则微调平船底部分升降坞墩高度使船态满足要求。
25.进一步，所述中纵桁墩处于平船底区,用于控制船舶落墩中垂向运动；所述艏部中定位墩和艉部中定位墩处于船舶外板中线面两端曲面处,通过调节艏部中定位墩和艉部中定位墩42的高度能实现控制船舶的纵向运动；所述艏部左定位墩和艏部右定位墩对称处于船舶艏部两侧外板曲面处,通过调节艏部左定位墩和艏部右定位墩的高度能实现控制船舶艏部的横向运动；所述艉部左定位墩和艉部右定位墩对称处于船舶艉部两侧外板曲面处,通过调节艉部左定位墩和艉部右定位墩的高度可实现控制船舶艉部的横向运动，联动控制艏部左定位墩、艏部右定位墩、艉部左定位墩和艉部右定位墩能实现控制船舶水平旋转运动。
26.进一步，平船底艏部区域墩内分布有若干升降坞墩，平船底艉部区域内分布有若干升降坞墩，通过调节平船底艏部区域墩和平船底艉部区域内升降坞墩的高度，能实现控制船舶的纵倾运动和横倾运动。
27.进一步，各定位墩初始伸出高度为排墩方案中设定理论高度h1加上高度差补偿量t，使船舶落墩过程中船底外板首次接触坞墩时是定位墩，以使船舶落入定位墩调整船态范围内。
28.进一步，坞室内持续排水，排水过程中计算控制单元实施采集各定位墩和中纵墩
的油压信号，通过油压信号解析当前坞墩提供的支撑力，进而判断船底外板与升降坞墩的接触情况。
29.进一步，坞室内持续排水时，当船舶横向或纵向距离较设定值偏差过大时，船底外板与某一定位墩接触时，定位墩使船舶向设定位置运动，当监测到某定位墩油压明显增加时证明该部位船底外板到达设定位置且与两对称的定位墩提供支撑力，此时油压增大的处于对称位置的两定位墩高度同时降低
△
，使两定位墩油压降低，引导船舶落墩向预定位置。
30.进一步，坞室内持续排水时，监测到定位墩油压升高，定位墩高度降低
△
，定位墩油压降低，如此循环，直到监测到某中纵桁墩油压持续升高时，此时船底外板部位已落墩至中纵桁墩上，若此中纵桁墩位于艉部，则将艉部左定位墩和艉部右定位墩高度调整至设定高度h1，若此中纵桁墩位于艏部，则将艏部左定位墩和艏部右定位墩高度调整至设定高度h1。
31.进一步，曲船底区设定坞墩高度h1值需考虑船舶重量分布，当船舶完全落墩至平船底坞墩时，曲船底坞墩距船底外板间隙距离为t，以此实现在曲船底坞墩不影响船舶落水平墩前提下将船舶横向和纵向落墩距离差控制在t范围内。
32.进一步，当船舶完全落墩后检查船态，如出现船态超差情况时，通过微调平船底部分升降坞墩高度使船态满足施工要求，升起所有曲船底升降坞墩使对外板施加一定的预支撑力p1，以保持船舶干坞过程中受风或不确定载荷时不发生倾覆。
33.本发明具有以下有益的效果：
34.(1)实现有升降坞墩装置的干船坞高精度自主落墩，提高干坞落墩效率。
35.(2)利用支撑船体的升降坞墩实现船体姿态的调整，无需加装外部装置辅助，提高船坞空间利用率，减少用于落墩的设备成本。
36.(3)升降坞墩及其动作控制单元和计算控制单元实现船舶自主高精度的落墩，无需人为干预落墩过程，减少人员作业成本。
37.(4)船舶自主落墩为计算控制单元提前预设定程序，无需人力通过辅助设备在船舶落墩过程中干预船台，节约时间、人力和物量。
38.(5)升降坞墩通过计算控制单元解析计算，可调整船体六个自由度方向，船舶落墩精度高。
39.(6)利用嵌入在升降坞墩底部的升降装置辅助船舶自主落墩，不改变传统干坞功能，兼容适用船舶类型多。
40.本发明与现有技术相比，本发明船舶落墩无需外部设备辅助，而是利用支撑船体的升降坞墩实时动态调整船体姿态的，实现船舶无人为干预船舶自主高精度落墩，节约时间、人力和物量。本发明通过升降坞墩调节可调整船体六个自由度方向，辅助船体落墩精度高。适用船舶类型多，在原有船坞基础上增加功能。
附图说明
41.图1是船坞平面布置示意图；
42.图2是船坞平面d-d剖面(纵剖面)示意图；
43.图3是船坞平面a-a剖面(横剖面)示意图；
44.图4是船坞平面b-b剖面(艏部定位墩处横剖面)示意图；
45.图5是船坞平面c-c剖面(艉部定位墩处横剖面)示意图；
46.图6是b-b视图中定位墩43对船底外板施加的反作用力示意图；
47.图7是fy反作用力在水平投影上分解力示意图；
48.图8是自主定位落墩流程图；
49.图中标号说明:1.干船坞结构，4.升降坞墩，40.中纵墩，41.艏部中定位墩，42.艉部中定位墩，43.艏部左定位墩，44.艏部右定位墩，45.艉部左定位墩，46.艉部右定位墩，47.平船底艏部区域墩，48.平船底艉部区域墩，t.高度差补偿量，用于补偿因船舶横倾、纵倾产生的垂向高度差，7.岸上单元，71.岸上计算控制单元，72.岸上动力控制单元，9.船舶水线轮廓线，10.船舶平船底轮廓线，h.排墩方案中平船底区坞墩高度，h1.排墩方案中曲船底区坞墩高度，t.船舶完全落墩至平船底坞墩时，曲船底坞墩距船底外板间隙距离，
△
.定位墩高度单次降低值，p1.曲船底坞墩预支撑力。
具体实施方式
50.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
51.如图1至图7所示，本发明的一种船舶自主定位落墩方法是基于有升降坞墩装置的干船坞中进行的，船坞底部有矩阵排列安装的升降坞墩4，每个升降坞墩4可由液压、电动等动力源驱动升降，每个升降坞墩4的高度和支撑压力可调。预定进船坞的排墩方案是由岸上计算控制单元71根据船舶线形等定常量解析给出的优选结果。
52.(1)干船坞结构1未做详细描述和改进部分符合cb/t8524《干船坞设计规范》。
53.(2)升降坞墩4矩阵排列于干船坞坞室底部，根据排墩方案，位于船舶中线面的中纵墩40端面角度可随船体外板线形的变化而变化。如图1所示，升降坞墩4根据处于船体外板形状分为平船底区升降墩和曲船底曲升降墩。升降坞墩4受岸上单元7控制，岸上单元7由岸上计算控制单元71和岸上动力控制单元72。
54.(3)根据计算控制单元71解析计算给出优选的排墩方案，已给定参与支撑船舶坐墩的升降坞墩、各坞墩理论升降高度、各坞墩提供的支撑力。可实现船舶的六自由度(横向、纵向、垂向、横倾、纵倾、水平旋转)的控制。
55.如图1所示，选择方案中处于水线轮廓线9和平船底轮廓线10之间的坞墩为定位墩，某一部位的定位坞墩可以是以单个为一个单元，也可以是附近数个吴坞墩组成一个定位墩单元，定位墩单元可以是多组的，本发明以七组定位墩单元为例阐述船舶自主定位落墩流程。
56.优选的，如图2、3、4、5所示，选择方案中处于平船底区的中纵墩40用于控制船舶落墩中垂向运动，因平船底区坞墩伸出高度是垂向可调的，所以中纵墩40可实现控制船舶垂向运动。
57.优选的，如图2所示，选择位于艏部且处于中线面处的定位墩为艏部中定位墩41，位于艉部且处于中线面处的定位墩为艉部中定位墩42。因艏部中定位墩41和艉部中定位墩42处于船舶外板中线面两端曲面处,通过调节艏部中定位墩41和艉部中定位墩42的高度可实现控制船舶的纵向运动。
58.优选的，如图1、3所示，选择位于艏部左侧的定位墩为艏部左定位墩43，位于艏部右侧的定位墩为艏部右定位墩44。因艏部左定位墩43和艏部右定位墩44对称处于船舶艏部
两侧外板曲面处,通过调节艏部左定位墩43和艏部右定位墩44的高度可实现控制船舶艏部的横向运动。
59.优选的，如图1、4所示，选择位于艉部左侧的定位墩为艉部左定位墩45，位于艉部右侧的定位墩为艉部右定位墩46。因艉部左定位墩45和艉部右定位墩46对称处于船舶艉部两侧外板曲面处,通过调节艉部左定位墩45和艉部右定位墩46的高度可实现控制船舶艉部的横向运动。
60.优选的，如图1、3、4所示，联动控制艏部左定位墩43、艏部右定位墩44、艉部左定位墩45和艉部右定位墩46可实现控制船舶水平旋转运动。
61.优选的，如图1所示，根据排墩方案，位于平船底轮廓线10内的升降墩，平船底艏部区域墩47内分布有若干升降坞墩4，平船底艉部区域48内分布有若干升降坞墩4。通过调节平船底艏部区域墩47和平船底艉部区域48内升降坞墩4的高度，可实现控制船舶的纵倾运动和横倾运动。
62.优选的，排墩方案已生成，前序船出坞，所有升降坞墩归零收缩回原位，船舶粗定位至待落墩区域。此时，坞室内是灌满水的，无需排水即可进行船舶落墩作业，减少船舶落墩步骤。
63.优选的，如图1、2、3、4、5所示，根据岸上计算控制单元71解析计算出的排墩方案，结合水线轮廓线9和平船底轮廓线10，选择艏部中定位墩41；艉部中定位墩42；艏部左定位墩43；艏部右定位墩44；艉部左定位墩45；艉部右定位墩46用于控制横向、纵向、垂向、水平旋转四个自由度运动。
64.优选的，根据船舶进坞浮态，确定高度补偿量t。优选的定位墩初始伸出高度宜为排墩方案中设定理论高度h1加上高度差补偿量t，根据规范船舶进坞时允许一定的横倾角和纵倾角，横倾角和纵倾角在平船底产生一定的绝对高度差，定位墩初始高墩为h1+t可使船舶落墩过程中船底外板首次接触坞墩时是定位墩，以使船舶落入定位墩调整船态范围内。高度差补偿量t与船舶横倾角或纵倾角是正相关的,优选的高度差补偿量t大小宜取较大值，所述较大值指船宽乘以横倾角正切和船水线长乘以纵倾正切值值两者比较。高度差补偿量t可避免船舶落墩时船舶横向、纵向、垂向、水平旋转四个自由度未调整到位时船底外板即与中纵墩40接触，造成所述四个自由度定位困难。
65.优选的，根据排墩方案，将处于平船底的中纵墩40全部升高至设定高度h，用于支撑落墩过程中的船舶。因中纵墩40处于船舶中线面位置，大部分的船舶关于中线面是对称的或重心很接近中线面，优选的，船舶落墩过程中平船底区域先伸出至设定高度，落墩在中纵墩上的船舶通过平船底其他坞墩调整，使船体绕中纵墩轴线旋转，以达到控制横倾角的目的。
66.优选的，坞室内持续排水，排水过程中计算控制单元71实施采集各定位墩和中纵墩的油压信号，通过油压信号解析当前坞墩提供的支撑力，进而判断船底外板与升降坞墩的接触情况。
67.优选的，船舶落墩过程中，坞室开始排水时船舶处于漂浮状态，因定位墩处于船底外板曲面位置，如图6、7所示，以艏部左定位墩43与船底外板的相互作用为例，当船底外板与定位墩43接触时，如图6所示，从横截面看定位墩43对船底外板施加一个向上的支撑作用分力fz和一个指向中线面的支撑作用分力fy，如图7所示，由船底外板线形特点fy作用力在
水平面内可分解为指向中线面的力fyy和指向船舯横剖面的作用力fyx，艏部左定位墩43指向中线面的力fyy使船舶艏部向右舷运动；同理艏部右定位墩44指向中线面的力fyy使船舶艏部向左舷运动，艉部左定位墩45指向中线面的力fyy使船舶艉部向右舷运动，艉部右定位墩46指向中线面的力fyy使船舶艉部向左舷运动。同理，艏部中定位墩41对船底外板施加一个向上的支撑作用分力fz和一个指向船舯横剖面的支撑作用分力fx，艏部中定位墩41产生的fx使船舶整体部向艉部运动，艉部中定位墩42产生的fx使船舶整体部向艏部运动。六组定位升降坞墩形成空间漏斗状，使船舶落墩过程中向预设定位置运动，从而到达精确坐墩的目的。
68.优选的，坞室内持续排水，当船舶横向或纵向距离较设定值偏差过大时，船底外板与某一定位墩接触时，定位墩使船舶向设定位置运动。当监测到某定位墩油压明显增加时，一般油压增加的定位墩成对出现，此时证明该部位船底外板到达设定位置且与两对称的定位墩提供支撑力，此时油压增大的处于对称位置的两定位墩高度同时降低
△
，使两定位墩油压降低，如此引导船舶落墩向预定位置。优选的降低高度
△
值宜较小，因定位墩高墩时灵敏可调的，小的
△
值缩小船底外板与定位墩间距，从而减小船舶漂移距离，利于提高船舶落墩精度。
69.优选的，坞室内持续排水，监测到定位墩油压升高，定位墩高度降低
△
，定位墩油压降低，如此循环。直到监测到某中纵墩油压持续升高时，此时证明有船底外板部位已落墩至中纵墩上，若此中纵墩位于艉部，则将艉部左定位墩45和艉部右定位墩46高度调整至设定高度h1，若此中纵墩位于艏部，则将艏部左定位墩43和艏部右定位墩44高度调整至设定高度h1。所述高度h1为排墩方案中曲船底区各坞墩高度值，根据排墩方案当船舶完全落墩时平船底区所有升降墩4提供100％支撑力。优选的，曲船底区设定坞墩高度h1值宜考虑船舶重量分布，当船舶完全落墩至平船底坞墩时，曲船底坞墩距船底外板间隙距离为t，以此实现在曲船底坞墩不影响船舶落水平墩前提下将船舶横向和纵向落墩距离差控制在t范围内。
70.优选的，坞室内持续排水，持续监测油压。对艉部定位墩高度调整至h1的情况，艏部定位墩油压明显增加时，墩高度降低
△
，定位墩油压降低，如此循环。对艏部定位墩高度调整至h1的情况，艉部定位墩油压明显增加时，墩高度降低
△
，定位墩油压降低，如此循环。此过程中已受压部位的中纵墩压力持续增加且压力增加的升降墩数量持续增加，当监测到大部分中纵墩40压力明显增加时，此时证明船舶部分重量由中纵墩40支撑，船舶落墩高度已基本到位，此时将全部平船底区域升降坞墩上升至预定高度，使船舶处于半坐墩状态(大部分船体重量由坞墩支撑，小部分重量由浮力支撑)，平船底区域坞墩上升过程中可修正船体的横向倾斜和纵向倾斜接近水平。读取船舶横倾、纵倾状态，检查船态是否满足施工要求，出现船态超差情况时，可通过微调平船底部分坞墩高度使船态满足施工要求。
71.优选的，坞室内持续排水，使船舶完全落墩，此时读取船舶横向倾斜和纵向倾斜的船态。因船舶落墩前是有一定横倾和纵倾的，且落墩过中定位墩对船舶的定位是有一定误差的，船舶完全落墩后检查船态，出现船态超差情况时，可通过微调平船底部分坞墩高度使船态满足施工要求。
72.优选的，升起所有曲船底坞墩(包括定位墩)使对外板施加一定的预支撑力p1，以保持船舶干坞过程中受风或不确定载荷时不发生倾覆。
73.优选的，坞室内持续排水，排干坞室积水。至此，本发明给出的船舶自主定位落墩方法结束。
74.优选的，墩方案是由岸上计算控制单元71根据船舶线型的结构特点解析计算给出的，岸上动力控制单元72接受岸上计算控制单元71给出的指令，远程控制船坞内所有的升降坞墩，坞墩的油压信号和高度信号是自动采集并实施反馈至岸上计算控制单元71，间隙距离t、预支撑力p1、单次降低值
△
、平船底区坞墩高度h和曲船底区坞墩高度h1是预先设定和自动执行的，无需人为干预。每个坞墩独立编号，受压坞墩所在位置分布和是可自动提取判断的，无需人为干预。坞室内排水指令是由计算控制单元71且排水设备是自动控制运行的，船舶横倾斜角和纵倾角可由船舶自身基准平台读取曲或借助船坞周围测量装置自动获。如此，船舶落墩过程中仅需判断落墩最终结果是否符合要求，其他所有监测过程和流程动作执行均为自主进行，实现穿船舶自主落墩。
75.其中，岸上计算控制单元71解析计算、根据输入数据制定排墩方案，包括：
76.(1)提取各肋骨线形和坐标位置，筛选处于横舱壁等结构加强位置肋骨线形和坐标位置，提取船体中线面船体外板线形，归集于第一档结构内。根据相关船体结构设计规范，横舱壁位置的连续肋骨和中线面处连续平板龙骨均为强力结构，尽可能多的筛选出船底强力结构区域，利于提升降坞墩支撑力，较少升降坞墩支撑数量。
77.(2)在干船坞升降区域选择基准升降坞墩4,选择船体外板基准点o。优选的基准升降坞墩4中心与船体外板基准点o重合，以基准升降坞墩4为完全收起状态为原点建立三维坐标系，建立各升降坞墩坐标点与船体外板坐标点对应关系，使升降坞墩4与船体线形数值在同一个尺寸坐标系内，方便升降坞墩4与船体结构建立尺寸对应关系。对选择船体外板基准点o，优选的选择船体“0号”肋位和中纵桁或平板龙骨中心交叉点处，与船体线形数值坐标系基准点保持一致，优选的船体中线面处船体基线与基准升降坞墩4所在纵向列重合，使船体中心线在坞室底部投影线与升降坞墩纵向列重合，避免坐标系原点变化造成的船体线形数值换算。
78.(3)筛选平船底第一档、平二档、平三档区域对应的升降坞墩坐标编号，筛选曲船底第一档、平二档、平三档区域对应的升降坞墩坐标编号。因升各降坞墩唯一坐标编号是岸上计算控制单元71可识别的数据，所以筛选出的坐标编号为本次排墩方案初步参与支撑的升降坞墩，其他升降坞墩保持完全收缩状态。
79.(4)根据船舶技术文件坞墩布置图、最小距离h、最大高度[h0]，确定本次船舶进坞船底距坞室底面距离h。优选的距离h稍大于h+t，利于升降坞墩安全支撑前提舷伸出最小距离，保持坞墩的稳定性。
[0080]
(5)在型值表数据中提取各升降坞墩理论需要伸出高度值，理论需要伸出高度值与允许最大升降高度[h0]对比，剔除高度不足的升降坞墩，以保证升降坞墩对船体结构提供有效支撑力。对最小距离加变形补偿量(h+t)大于最大高度[h0]时，此时升降坞墩无法安全为船体提供有效支撑力，此时升降坞墩排墩方案跳转为传统坞墩排墩方案，各升降坞墩不参与排墩。对曲船底区域部分超出允许最大升降高度[h0]的升降坞墩且需支柱支撑时，需船舶干坞后单独增加独立刚支柱等辅助支撑，此结果为排墩方案的一部分。排墩方案中升降坞墩对船体结构有效的支撑利于安全的实施船舶落墩和干坞工程。
[0081]
(6)筛选出各划分等级区域符合要求的升降坞墩数量n11、n12、n13。n21、n22、n23
和坞墩编号。明确各船体区域分档等级内坞墩数量，便于均衡的为升降坞墩分配支撑。
[0082]
(7)分配支撑力至各升降坞墩。平船底重量系数k1，曲船底重量系数k2。船体典型结构允许均布载荷和船体变形与所受力正相关的，将各档典型结构均布载荷无因次化如式(1)、(2)所示：
[0083]
q1：q2：q3＝k11：k12：k13
······
式(1)
[0084]
q1：q2：q3＝k21：k22：k23
······
式(2)
[0085]
(8)给出分配压力比例系数如式(3)、(4)所示，船体结构各档位实际所受支撑力比值同对应的压力比例系数相同。优选的按此方法分配压力，使船体结构各档受力相对均匀，避免某一部位受支撑力到达船体结构允许均布载荷上线值而其他部位还远未达到船体结构允许均布载荷上线，避免某一升降坞墩支撑力不足情况。
[0086]
p11:p12:p13＝k11:k12:k13
······
式(3)
[0087]
p21:p22:p23＝k21:k22:k23
······
式(4)
[0088]
(9)单位压力值的解析计算，单位压力值为升降坞墩提供最小支撑力的计量单位。平船底单位压力值如式(5)所示。曲船底单位压力值如式(6)所示。
[0089]
p10＝(k1
·
(g+w))/(n11
·
k11+n12
·
k12+n13
·
k13)
······
式(5)
[0090]
p20＝(k2
·
(g+w))/(n21
·
k21+n22
·
k22+n23
·
k23)
······
式(6)
[0091]
由式(5)知平船底各升降坞分配压力值：
[0092]
p11＝k11
·
p10，p12＝k12
·
p10，p13＝k13
·
p10。
[0093]
由式(6)知平船底各升降坞分配压力值：
[0094]
p21＝k21
·
p20，p22＝k22
·
p20，p23＝k23
·
p20。
[0095]
(10)当升降坞墩分配压力同时满足
[0096]
p11≤q1
·
s且p11≤[p]且p12≤q2
·
s且p13≤q3
·
s且
[0097]
p21≤q1
·
s且p21≤[p]且p21≤q2
·
s且p21≤q3
·
s时即平船底单位压力值p10和曲船底单位压力值p20满足上述条件时，此时各坞墩压力分配满足排墩要求。否则，需通过减小装载重量w控制进坞船重或采用传统排墩方式实现进坞。
[0098]
(11)优选的船舶干坞时减少支撑物，有利于人员货物等的活动，增大单次油漆修补作业面积。为减少升降坞墩支撑数量，在保持稳定性前提下优选的迭代计算单位压力值，流程如图4所示。
[0099]
(12)仅第一档升降坞墩提供支撑，第二档、第三档支撑点升降坞墩不参加支撑时，
[0100]
即p12＝0，p13＝0，p22＝0，p23＝0；
[0101]
单位压力值p10＝(k1
·
(g+w))/n11：
······
式(7)
[0102]
单位压力值p20＝(k2
·
(g+w))/n21；
······
式(8)
[0103]
由式(7)、(8)知p11＝p10,p21＝p20。
[0104]
如果同时满足
[0105]
p11≤q1
·
s且p11≤[p]且p21≤q1
·
s且p21≤[p]时则仅第一档区域承受升降坞墩支撑力即可满足进坞要求；否则第二档结构需参与支撑。
[0106]
(13)第一档、第二档升降坞墩提供支撑，第三档支撑点升降坞墩不参加支撑时，即p13＝0，p23＝0；
[0107]
单位压力值p10＝(k1
·
(g+w))/(n11
·
k11+n12
·
k12)
······
式(9)
[0108]
单位压力值p20＝(k2
·
(g+w))/(n21
·
k21+n22
·
k22)
······
式(10)
[0109]
由式(9)(10)知p11＝k11
·
p10；p12＝k12
·
p10；p21＝k21
·
p20；p22＝k22
·
p20；如果同时满足
[0110]
p11≤q1
·
s且p12≤q1
·
s且p11≤[p]且p21≤q1
·
s且p22≤q1
·
s且p21≤[p]时则仅第一档、第二档区域承受升降坞墩支撑力即可满足进坞要求，否则单位压力值求解按式(5)、(6)求解。
[0111]
(14)根据自动解析计算的单位压力值p10和p20，得出排墩方案中各升降坞墩执行压力值
[0112]
op11＝p10
·
k11；op12＝p10
·
k12；op13＝p10
·
k13
[0113]
op21＝p20
·
k21；op22＝p20
·
k22；op23＝p20
·
k23
[0114]
(15)输出参与排墩方案的升降坞墩编号、各坞墩支撑压力、各坞墩支撑高度值，形成最终排墩方案。
[0115]
(16)排墩方案的自动生成。对任意的船舶，船体外板线型数据、肋骨间距、纵骨间距、空船自重g、最小距离h等船舶属性数值是定常值。船体绝对坐标系原点一般选取平板龙骨位置0肋位为准，以保持与型线图各数据在同一坐标系内。
[0116]
(17)对确定的具有升降坞墩装置的干船坞升降坞墩设计最大高度[h0]、升降坞墩设计许用压力[p]、升降坞墩矩阵间距、升降坞墩支撑部位尺寸是定常值。
[0117]
(18)根据规范要求平船底区域船体重量系数k1、曲船底区域船体重量系k2，偿船体变形量公差带宽度t取值是定常值，根据规范计算的船体结构典型节点允许最大支反力均布载荷q亦是定常值，由升降坞墩支撑部位尺寸和船体结构典型节点允许最大支反力均布载荷q确定的偏置半径r1和r2亦是定常值。
[0118]
(19)排墩方案自动生成：岸上控制单元71内导入所有已知的定常值，输入船舶进坞时装载重量w(船舶进坞时装载重量w需根据进坞时船舶装载情况确定，为手动输入值)，指定基准升降坞墩，按照预设的流程算法自动生成排墩方案。
[0119]
如图8所示，本发明的一种基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其步骤为：s1:岸上计算控制单元71已生成排墩方案，船舶已曳引进坞且粗略定位于待落墩位置。
[0120]
s2：根据排墩方案，选择六组定位墩单元，艏部中定位墩41，艉部中定位墩42，艏部左定位墩43，艏部右定位墩44，艉部左定位墩45，艉部右定位墩46。
[0121]
s3:船舶进坞时船态和船舶尺寸确定补偿高度t,升起六组定位墩高度至h1+t。
[0122]
s4:升起平船底区的中纵桁墩40,坞室开始持续排水。
[0123]
s5：排水过程中实时采集监测定位坞墩油压信号、采集监测中纵墩40油压信号，并反馈至岸上计算控制单元71。
[0124]
s6：排水过程中，监测到某一坞墩油压明显增加时，判断油压增加的某一坞墩是否为中纵墩；
[0125]
6.1若不是中纵墩则为定位墩，该定位墩高度降低
△
使油压降低；
[0126]
6.2若是中纵墩则判断中纵墩判断是否位于艉部，
[0127]
6.2.1若位于艉部则将艉部中定位墩42、艉部左定位墩45、艉部右定位墩46高度调整至设定高度h1；并持续排水，排水过程中当艏部定位墩油压明显增加时墩高度降低
△
，使
艏部定位墩油降低，持续排水，直至监测到艏部中纵墩油压明显增加。
[0128]
6.2.2若不位于艉部则位于艏部，将艏部中定位墩41、艏部左定位墩43、艏部右定位墩44高度调整至设定高度h1；并持续排水，排水过程中当艉部定位墩油压明显增加时墩高度降低
△
，使艉部定位墩油压降低，持续排水，直至监测到艉部中纵墩油压明显增加。
[0129]
s7：平船底区坞墩全部升起至设定高度h，使船舶处于半坐墩状态。
[0130]
s8：读取船舶横倾、纵倾船态，判断是否满足施工要求，若满足施工要求则坞室排水至船舶完全落墩，若不满足施工要求则微调平船底部分坞墩高度使船态满足要求。
[0131]
s9：待排水至船舶完全落墩时，读取船舶横倾、纵倾船态，判断是否满足施工要求，若满足施工要求则升起所有曲船底坞墩对外板施加预支撑力p1，若不满足施工要求则微调平船底部分坞墩高度使船态满足要求。
[0132]
s10：排干坞室积水,抄紧额外的固定支撑坞墩。
[0133]
s11：至此，基于有升降装置的干船坞，船舶在船坞内完成自主定位落墩结束。

技术特征：
1.一种基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：船坞底部安装有矩阵排列的升降坞墩，升降坞受岸上单元控制，岸上单元由岸上计算控制单元和岸上动力控制单元组成，每个升降坞墩由动力源驱动升降，每个升降坞墩的高度和支撑压力可调，岸上计算控制单元根据船舶线形等定常量解析给出的优选结果的预定进船坞的排墩方案，控制各升降坞墩实现船舶的横向、纵向、垂向、横倾、纵倾、水平旋转的六自由度运动，其步骤为：步骤一:采用岸上计算控制单元已生成的排墩方案，船舶曳引进坞且粗略定位于待落墩位置；步骤二：根据排墩方案，选择矩阵排列的升降坞墩中的六组定位墩，包括艏部中定位墩，艉部中定位墩，艏部左定位墩，艏部右定位，艉部左定位墩，艉部右定位墩，用于控制船舶横向、纵向、垂向、水平旋转四个自由度运动；步骤三:按船舶进坞时船态和船舶尺寸确定补偿高度t,升起六组定位墩高度至设定高度h1+补偿高度t；步骤四:升起平船底区的升降坞墩，即中纵桁墩,坞室开始持续排水；步骤五：排水过程中实时采集监测各定位墩油压信号、中纵桁墩油压信号，并反馈至岸上计算控制单元；步骤六：平船底区的升降坞墩全部升起至设定高度h，使船舶处于半坐墩状态；步骤七：读取船舶横倾、纵倾船态，判断是否满足施工要求；步骤八：待排水至船舶完全落墩时，读取船舶横倾、纵倾船态，判断是否满足施工要求；步骤九：排干坞室积水,抄紧额外的固定支撑升降坞墩；步骤十：至此，基于有升降装置的干船坞，船舶在船坞内完成自主定位落墩。2.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：步骤五中：排水过程中，监测到某一升降坞墩油压明显增加时，判断油压增加的该升降坞墩是否为中纵桁墩；a.若不是中纵桁则为定位墩，该定位墩高度降低
△
使油压降低；b.若是中纵桁墩则判断中纵桁墩是否位于艉部；c.若位于艉部则将艉部中定位墩、艉部左定位墩、艉部右定位墩高度调整至设定高度h1；并持续排水，排水过程中当艏部定位墩油压明显增加时墩高度降低
△
，使艏部定位墩油降低，持续排水，直至监测到艏部中纵墩油压明显增加；d.若不位于艉部则位于艏部，将艏部中定位墩、艏部左定位墩、艏部右定位墩高度调整至设定高度h1；并持续排水，排水过程中当艉部定位墩油压明显增加时墩高度降低
△
，使艉部定位墩油压降低，持续排水，直至监测到艉部中纵墩油压明显增加。3.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：步骤七中：若满足施工要求则坞室排水至船舶完全落墩，若不满足施工要求则微调平船底部分升降坞墩高度使船态满足要求。4.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：步骤八中：若满足施工要求则升起所有曲船底坞墩对外板施加预支撑力p1，若不满足施工要求则微调平船底部分升降坞墩高度使船态满足要求。
5.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：所述中纵桁墩处于平船底区,用于控制船舶落墩中垂向运动；所述艏部中定位墩和艉部中定位墩处于船舶外板中线面两端曲面处,通过调节艏部中定位墩和艉部中定位墩42的高度能实现控制船舶的纵向运动；所述艏部左定位墩和艏部右定位墩对称处于船舶艏部两侧外板曲面处,通过调节艏部左定位墩和艏部右定位墩的高度能实现控制船舶艏部的横向运动；所述艉部左定位墩和艉部右定位墩对称处于船舶艉部两侧外板曲面处,通过调节艉部左定位墩和艉部右定位墩的高度可实现控制船舶艉部的横向运动，联动控制艏部左定位墩、艏部右定位墩、艉部左定位墩和艉部右定位墩能实现控制船舶水平旋转运动。6.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：平船底艏部区域墩内分布有若干升降坞墩，平船底艉部区域内分布有若干升降坞墩，通过调节平船底艏部区域墩和平船底艉部区域内升降坞墩的高度，能实现控制船舶的纵倾运动和横倾运动。7.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：各定位墩初始伸出高度为排墩方案中设定理论高度h1加上高度差补偿量t，使船舶落墩过程中船底外板首次接触坞墩时是定位墩，以使船舶落入定位墩调整船态范围内。8.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：坞室内持续排水，排水过程中计算控制单元实施采集各定位墩和中纵墩的油压信号，通过油压信号解析当前坞墩提供的支撑力，进而判断船底外板与升降坞墩的接触情况。9.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：坞室内持续排水时，当船舶横向或纵向距离较设定值偏差过大时，船底外板与某一定位墩接触时，定位墩使船舶向设定位置运动，当监测到某定位墩油压明显增加时证明该部位船底外板到达设定位置且与两对称的定位墩提供支撑力，此时油压增大的处于对称位置的两定位墩高度同时降低
△
，使两定位墩油压降低，引导船舶落墩向预定位置。10.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：坞室内持续排水时，监测到定位墩油压升高，定位墩高度降低
△
，定位墩油压降低，如此循环，直到监测到某中纵桁墩油压持续升高时，此时船底外板部位已落墩至中纵桁墩上，若此中纵桁墩位于艉部，则将艉部左定位墩和艉部右定位墩高度调整至设定高度h1，若此中纵桁墩位于艏部，则将艏部左定位墩和艏部右定位墩高度调整至设定高度h1。11.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：曲船底区设定坞墩高度h1值需考虑船舶重量分布，当船舶完全落墩至平船底坞墩时，曲船底坞墩距船底外板间隙距离为t，以此实现在曲船底坞墩不影响船舶落水平墩前提下将船舶横向和纵向落墩距离差控制在t范围内。12.根据权利要求1所述的基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其特征在于：当船舶完全落墩后检查船态，如出现船态超差情况时，通过微调平船底部分升降坞墩高度使船态满足施工要求，升起所有曲船底升降坞墩使对外板施加一定的预支撑力p1，以保持船舶干坞过程中受风或不确定载荷时不发生倾覆。

技术总结
本发明涉及一种基于有升降坞墩装置的干船坞自主定位落墩方法，其步骤为：采用岸上计算控制单元已生成的排墩方案，选择矩阵排列的升降坞墩中的六组定位墩，按船舶进坞时船态和船舶尺寸确定补偿高度T,升起六组定位墩高度至设定高度H1+补偿高度T；升起平船底区的中纵桁墩,坞室开始持续排水，实时采集监测各定位墩和中纵桁墩油压信号并反馈至岸上计算控制单元；平船底区的升降坞墩全部升起至设定高度H，使船舶处于半坐墩状态；读取船舶横倾、纵倾船态，判断是否满足施工要求，待排水至船舶完全落墩时，读取船舶横倾、纵倾船态，判断是否满足施工要求，排干坞室积水,抄紧额外的固定支撑升降坞墩，至此，船舶在船坞内完成自主定位落墩。落墩。落墩。


技术研发人员：李小旭 陈永兵 沈杰 阳恒 苏强 赵德伟 水晶晶 许兆鑫 邹芳坤 郑宇峰
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/6